Dalekopisowy interfejs GSM

[atlantis86]

Większość osób myśląc o cyfrowej telekomunikacji, myśli o współczesne mikroelektronice: smartfonach, komputerach i Internecie. Nie każdy zdaje sobie sprawę z tego, że idea przesylania informacji zakodowanej w ciągach zer i jedynek jest dużo, dużo starsza. Pierwszym urządzeniem tego rodzaju był telegraf skonstruowany przez Emille'a Baudot w latach siedemdziesiątych XIX wieku. Urządzenie po stronie nadajnika posiadało klawiaturę złożoną z pięciu przycisków, które operator musiał wciskać w różnych kombinacjach. Urządzenie wysyłało na linię ciąg impulsów, odpowiadających wciśniętej kombinacji. Odbiornik interpretował ten sygnał drukując na papierowej taśmie odpowiednią literę lub cyfrę, w jej naturalnej formie.

Na początku XX wieku idea to została udoskonalona. Nadajnik został wyposażony w klawiaturę podobną do tych stosowanych w maszynach do pisania. Tak narodził się dalekopis. Transmisja danych pomiędzy tymi urządzeniami przypominała standardowy interfejs szeregowy. Z tą różnicą, że z przeciwieństwie do TTL UART-a czy RS323 poszczególne stany logiczne nie były kodowane przez wartości napięć, ale przez fakt przepływu (bądź nie) prądu w obwodzie. Normalnie przez linię płynął prąd o ustalonej wartości (zazwyczaj 60, 40 lub 20 mA). To był stan domyślny. Rozpoczęcie nadawania kolejnego znaku wymagało nadania bitu startu, czyli chwilowego przerwania obwodu. Potem nadajnik oczekiwał na pięć bitów z kodem znaku w alfabecie Baudot (zwanym także międzynarodowym alfabetem telegraficznym). Na końcu pojawiały się bity stopu w trakcie których odebrany znak był drukowany na papierze.

Ktoś zapewne zauważył już, że używając pięciu bitów można było zakodować maksymalnie 32 znaki - zdecydowanie za mało, aby pomieścić wszystkie litery alfabetu, cyfry i znaki interpunkcyjne. To prawda. Stosowano pewną sztuczkę - dwie kombinacje bitów były zarezerwowane do przełączania pomiędzy dwoma rejestrami zawierającymi litery oraz cyfry i inne znaki. Ne stosowano także rozróżnienia na male i duże litery. Dalekopis chociaż w pełni cyfrowy, był urządzeniem elektromechanicznym, radzącym sobie bez pojedynczego tranzystora (chociaż oczywiście w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych produkowano nowoczesne, elektroniczne wersje).

Dalekopisy były powszechnie używane do przesyłania wiadomości przez wojsko i państwowe służby. Poczta wykorzystywała je do transmisji telegramów. Stosowano je także w roli terminali komputerowych, przed pojawieniem się monitorów CRT. Ślad tej zaszłości historycznej zachował się w nomenklaturze stosowanej w systemach uniksowych, gdzie terminal jest oznaczany skrótem TTY - od angielskiego słowa "teletype", czyli właśnie dalekopis.

Przepraszam za ten przydługi wstęp, nie byłem jednak pewien, czy wszyscy będą jeszcze kojarzyć o jakie urządzenie chodzi... Przechodząc do sedna sprawy.

Na co dzień pracuję w krakowskim Muzeum Inżynierii Miejskiej. Jakiś czas temu został nam przekazany dalekopis T100, wyprodukowany w latach siedemdziesiątych w Czechoslowacji, na licencji Siemensa. Ponieważ posiadaliśmy już taki eksponat, zostałem poproszony o sprawdzenie możliwości uruchomienia go i wykorzystywania w roli interaktywnej instalacji, zamiast "martwego" eksponatu ukrytego w muzealnej gablocie. Tak rozpoczęły się moje eksperymenty. Najpierw skonstruowałem prosty interfejs USB, oparty na starym mikrokontrolerze AT89C2051 i układzie FTDI.

Do generowania pętli prądowej 40 mA używałem zestawu kilku baterii 9V oraz rezystorów o dużej mocy. Komunikacja z dalekopisem ruszyła bez problemu - pojawiła się jednak inna trudność. Okazało się, że uszkodzony jest moduł wzywaka - urządzenia odpowiedzialnego m.in. za zdalne włączanie silnika dalekopisu przy połączeniu przychodzącym, sygnalizowanym odwróceniem kierunku przepływu prądu w linii. Naprawa tego modułu okazała się bardziej skomplikowana niż początkowo sądziłem, ostatecznie postanowiłem więc wymontować wadliwą część i sterować silnikiem za pomocą przekaźnika, zamontowanego w moim interfejsie.

Finalna wersja interfejsu zawiera mikrokontroler PIC32MX270F256B oraz moduł GSM SIM800L. Wykorzystałem także 2MB pamięć SPI flash, do wykonywania elektronicznej kopii przychodzących wiadomości. W osobnej obudowie znajduje się generator pętli prądowej, złożony z zasilacza transformatorowego oraz zestawu kondensatorów.

Całość można obecnie oglądać na wystawie "Uwaga! Nieprzyjaciel podsłuchuje." w Muzeum Inżynierii Miejskiej w Krakowie. Po wysłaniu SMS-a na podany numer można oglądać dalekopis podczas pracy.

 

 

Edytowano Lipiec 5, 2019 przez atlantis86

[mt_rozi]

Świetnie wykonane, miałem okazję w tym roku pobawić się tym na Nocy Muzeów 😄 

Polecam odwiedzić to muzeum jak ktoś będzie w Krakowie, szczególnie z dziećmi 🙂

[InspektorGadzet]

Dnia 20.04.2019 o 08:51, atlantis86 napisał:

Nie każdy zdaje sobie sprawę z tego, że idea przesylania informacji zakodowanej w ciągach zer i jedynek jest dużo, dużo starsza. Pierwszym urządzeniem tego rodzaju był telegraf skonstruowany przez Emille'a Baudot w latach siedemdziesiątych XIX wieku. Urządzenie po stronie nadajnika posiadało klawiaturę złożoną z pięciu przycisków, które operator musiał wciskać w różnych kombinacjach.

Wcześniej był telegraf oparty o kod Morse'a. "Titawę" używano jeszcze w tym tysiącleciu, teraz tylko amatorsko.

[atlantis86]

5 godzin temu, InspektorGadzet napisał:

Wcześniej był telegraf oparty o kod Morse'a. "Titawę" używano jeszcze w tym tysiącleciu, teraz tylko amatorsko.

Oczywiście. Tyle tylko, że telegraf Morse'a nie był transmisją binarną i trudno się w nim doszukiwać przodka współczesnej łączności cyfrowej. Widziałem już, że niektórzy autorzy próbowali to robić na siłę, ze względu na to, że linia może przyjmować dwa stany. Jednak jest to mocno naciąganą interpretacją, bo impulsy nie kodują sekwencji kodów dwójkowych. Informacja jest tak naprawdę zakodowana w długościach impulsów i przerw między nimi. Telegraf Baudot był pierwszym, który w pełni zasługiwał na miano "cyfrowego".

Poza tym Morse też nie był pierwszy. On był pierwszym, któremu udało się odnieść sukces rynkowy i ustanowić globalny standard. Parę lat wcześniej Cooke i Wheatstone uruchomili w Wielkiej Brytanii swój własny system telegraficzny, który całkiem nieźle sprawdzał się na kolei. A rozmaite eksperymentalne konstrukcje powstawały nawet i na trzydzieści lat przed Morsem, nie nadawały się jednak do praktycznego zastosowania.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[InspektorGadzet]

8 godzin temu, atlantis86 napisał:

Oczywiście. Tyle tylko, że telegraf Morse'a nie był transmisją binarną

Binarna jak diabli.

8 godzin temu, atlantis86 napisał:

Widziałem już, że niektórzy autorzy próbowali to robić na siłę, ze względu na to, że linia może przyjmować dwa stany. Jednak jest to mocno naciąganą interpretacją, bo impulsy nie kodują sekwencji kodów dwójkowych. Informacja jest tak naprawdę zakodowana w długościach impulsów i przerw między nimi.

A teleks, którego obsługę zrobiłeś, ma transmisję równoległą czy szeregową? Pytanie oczywiście retoryczne.

Transmisja np 1-Wire ma kodowanie długością impulsu, jak kod Morse'a . Podobnie komunikacja z WS2812. Według Twojego twierdzenia nie jest to transmisja cyfrowa!

Kod Morse'a  to cyfrowa transmisja synchroniczna. Początek impulsu to synchronizacja, długość (1 lub 3) to wartość binarna. Jeden bit stopu przerwa pomiędzy bitami , trzy (jak pamiętam) bity stopu między znakami, dziewięć między zdaniami.

[atlantis86]

55 minut temu, InspektorGadzet napisał:

Binarna jak diabli.

Eee.... Nie.... Znaków alfabetu Morse'a nijak nie da się przedstawić jako liczb zapisanych w kodzie binarnym. Nie w ten sposób, żeby ten zapis przekładał się na przebiegi elektryczne na linii. Poza tym  w przypadku Morse'a linia może przybierać następujące stany:
- Nic się nie dzieje - brak przepływu prądu
- Kropka (krótki impuls)
- Kreska (impuls trzy razy dłuższy od kropki)
- Przerwa impulsami wchodzącymi w skład znaku
- Dłuższa przerwa pomiędzy słowami
- OIDP oryginalna wersja alfabetu Morse'a posługiwała się jeszcze specjalnym "długą kreską", używaną do zakodowania któregoś znaku.

Cytat

Transmisja np 1-Wire ma kodowanie długością impulsu, jak kod Morse'a . Podobnie komunikacja z WS2812. Według Twojego twierdzenia nie jest to transmisja cyfrowa!

Oczywiście, że w tym wypadku to jest transmisja cyfrowa. Dlatego, że w tym wypadu długość impulsu koduje zera i jedynki podawane na wejściu. To jest rzecz wtórna, medium transmisyjne. W przypadku Morse'a struktura danych jest inna, to nie jest strumień danych cyfrowych, tylko specyficzny alfabet, który zamiast znaków kreślonych atramentem na papierze wykorzystuje sekwencje impulsów elektrycznych o różnej długości.

 

Edytowano Lipiec 8, 2019 przez atlantis86

[InspektorGadzet]

21 minut temu, atlantis86 napisał:

Oczywiście, że w tym wypadku to jest transmisja cyfrowa. Dlatego, że w tym wypadu długość impulsu koduje zera i jedynki podawane na wejściu.

 

W przypadku Morse'a kodowanie jest dlugościa impulsu jak i przerwy pomiędzy nimi, podobnie jak w WS2812, przerwy poniżej 15us są interpretowane jako odstęp pomiędzy bitami, ponad 50us koniec transmisji.

W 1-Wire, podobnie jak w kodu Morse'a, czasy poziomu H przekazują różne informacje: 1 (1..15us), 0 (64us), reset (480..960us), presence (zdaje się 240us). Czasy pomiędzy reset a prezence sa zdefiniowane, pomiędzy bitami dowolnie długie. Używając Twojej interpretacji, 1-Wire nie jest transmisją cyfrową, bo czasy H i L sa różne zależnie od tego co jest wysyłane.

Reprezentacja bitowa kodu Morse'a:

a - 01E

b - 1000E

itd, podobnie jest w UART SddddddddE, teleks: SdddddE.

Edytowano Lipiec 8, 2019 przez InspektorGadzet

[atlantis86]

3 godziny temu, InspektorGadzet napisał:

W przypadku Morse'a kodowanie jest dlugościa impulsu jak i przerwy pomiędzy nimi, podobnie jak w WS2812, przerwy poniżej 15us są interpretowane jako odstęp pomiędzy bitami, ponad 50us koniec transmisji.

Wydaje mi się, że nie możemy się do końca zrozumieć. To, że w przypadku WS2812 występują dodatkowe stany, służące do kontrolowania transmisji nie ma wielkiego znaczenia. Podstawowe znaczenie ma to, co mamy na wejściu. Zobacz inny przykład - antyczny format LaserDisk. Tam też informacja była kodowana za pomocą długości impulsu, odczytywanego z płyty za pomocą światła laserowego. tyle tylko, że była to informacja analogowa, kodowana poprzez PWM. Przynajmniej tak to wyglądało w przypadku kanału wideo, bo audio mogło być już kodowane w PCM, teraz już nie pamiętam i nie chce mi się sprawdzać. I oczywiście na upartego można by skwantyfikować poszczególne długości impulsów, ponadawać wartości liczbowe i twierdzić, że był to system cyfrowy. Tylko po co, skoro urządzenia działało na analogowej zasadzie? To jest właśnie problem technologii stojących na pograniczu.Mają cechy jednego i drugiego rozwiązania i przez to trudno je sklasyfikować.

W przypadku alfabetu Morse'a jest to jednak moim zdaniem trochę zbyt daleko idąca analogia. On był tworzony jako alfabet.

Cytat

Reprezentacja bitowa kodu Morse'a:

a - 01E

b - 1000E

itd, podobnie jest w UART SddddddddE, teleks: SdddddE.

Jasne, reprezentacja jest jak najbardziej poprawna. Tyle tylko, że to jest już moim zdaniem retroaktywną "digitalizacją" systemu, który w swojej naturze był mocno analogowy, przywodził na myśl alfabet. Znaki systemu Hella też można przedstawić w formie map bitowych co nie oznacza, że urządzenie było cyfrowe. W przypadku systemu Baudota analogia jest o tyle zasadna, że tam nawet mieliśmy mechaniczne odpowiedniki współczesnych układów logicznych: multipleksery, konwertery równoległo-szeregowe czy rejestry.

Edytowano Lipiec 8, 2019 przez atlantis86

[Sq5cyn]

Witam. Świetna robota. Gratulacje !!!!!!!!!

A czym mogę zastąpić dalekopis? Znaczy mam odbiornik radiowy z gniazdem typowym dla dalekopisu 0/40mA. Oryginalnie podłączony był T100 ponoć. A ja bym chciał podłączyć jakiś modem by sobie przekaz czytać na tablecie z androidem. Sof to DroidRTTY ale oryginalnie do niego modem to wykorzystuje audio a ja mam tylko to gniazdo z pętli prądowej. 

Proszę o pomoc i z góry dziekuję. 

Mariusz

[atlantis86]

19 godzin temu, Sq5cyn napisał:

A czym mogę zastąpić dalekopis? Znaczy mam odbiornik radiowy z gniazdem typowym dla dalekopisu 0/40mA. Oryginalnie podłączony był T100 ponoć. A ja bym chciał podłączyć jakiś modem by sobie przekaz czytać na tablecie z androidem. Sof to DroidRTTY ale oryginalnie do niego modem to wykorzystuje audio a ja mam tylko to gniazdo z pętli prądowej. 

Z tego gniazda nie skorzystasz za pomocą DroidRTTY. Ten program robi to, co najwyraźniej jest już realizowane wewnątrz radia - poddaje sygnał audio demodulacji FSK i interpretuje go, wyświetlając odpowiednie znaki na ekranie telefonu. Na gnieździe dalekopisu będziesz miał bardzo wolną (zapewne 50 bps) komunikację szeregową, zrealizowaną na pętli prądowej. Protokół to standardowy interfejs szeregowy, tylko zamiast poziomów napięć (jak w TTL czy RS232) masz dwie możliwe sytuacje: albo jest przerwa w obwodzie, albo płynie przez niego prąd 40 mA. Stanem domyślnym jest właśnie przepływ prądu. Gdy nadajnik chce zacząć nadawać znak, wystawia jeden stan niski (przerwa). Następnie leci seria pięciu bitów, kodujących znak, po których następuje bodajże 1,5 znaku stanu wysokiego będącego znakiem stopu - był to czas potrzebny dalekopisowi na wydrukowanie znaku.

Na dobrą sprawę można by wiec zrobić prosty konwerter na transoptorze i MAX232 i mielibyśmy możliwość komunikacji pomiędzy tym radiem i komputerem. Tylko tu pojawiają się dwa problemy: współczesne komputery mogą nie lubić aż tak wolnych transmisji szeregowych, a poza tym znaki nie są kodowane za pomoc ASCII, ale starszego kodu Baudot. Trzeba by więc konwertować je po stronie PC. O wiele prościej jest więc dodać mikrokontroler, który będzie pośredniczył w komunikacji.

Można np. wykorzystać to urządzenie z mojego oryginalnego posta:

Oczywiście po stronie komputera obsługujesz to dowolnym programem terminalowym (Putty, Screen  itp.),